Поплавковый плотномер

 

I ч ст патам. мс т

С АЙ-Ж

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

П И

ИЗОБРЕТЕНИЯ (ii) 785686

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ (6f) Дополнительное к овт, свнд-ву (22) Заявлено 140678 (2l) 2628161/18-25 (51)М. Кл.

G 01 N 9/12 с присоединением заявкн H9(23) Приоритет

Государственный комнтет

СССР но делам изобретений н открытнй

Опублнкос=- с 07.1280. бюллетень Ю 45 (53) УДЫ 5З2. 14 (088,8) Дата опубликования описания -,07.1 280.P2) Автор изобретения

B.Ñ. IIèêîëàåâ (71) Заявитель (54) ПОПЛАВКОВЫЙ ПЛОТНОМЕР

Изобретение относится к устройст вам для измерения плотности жидкостей.

Известно устройство для измерения плотности жидкостей с использованием э полностью погруженных поплавков,подвешенных на оси вращения, которая смещена относительно центра выталкивания и центра тяжести поплавка в одну сторону.

Сущность измерения плотности указанными устройствами заключается в уравновешивании вращающего момента сил выталкивания жидкости, 35 действующих на поплавок, моментами электромагнитной, пневматической силы или маятниковым моментом, соэдаваеьым за счет смещения центра тяжести поплавка ниже оси его вра- 20 щения. уравновешивающие моменты в этих случаях пропорциональны углу отклонения поплавка от среднего по- ложения 113.

Известен также поплавковый плотйо-2$ мер,содержащий продолговатый поплавок,подвешенный на оси вращения со смещением относительно центра тяжести и центра выталкивания, устройство уравновешивания поплавка, сигнали- 30 затор наклона поплавка, коммутатор и интегратор тока f2), Недостатком этого плотномера является невозможность применения устройств, испольэ юауюх этот способ измерения, иа подвижных объектах, так как они чувствительны к механическим воздействиям (вибрации, качке, ускорению}. Погрешность, возникающая при этом, обусловлена различной физической природой находящихся в равновесии сил: с одной стороны - силы выталкивания жидкости

Р которая определяется ускорением земного тяготения, а также суммирующимися с ним ускорениявж от механических воздействий, и с другой стороны — пневматической или электромагнитной силы, изменениями которой устройство реагирует на каждое изменение сила выталкивания, в том числе и на ту составляющую силы, которая вызвана механическим воздействием. Поскольку уравновновешивающая сила или момент этой силы является мерой плотности, то появление составляющей силы, обусловленной механическим воздействием, эквивалентно появлению погрешности.

785686

Измерение плотности жидкости производится путем уравновешивания вращающего момента силы выталкивания по» плавка маятниковым моментом смещенно.

ro вниз от продольной оси центра тяжести. Маятниковый момент возникает при отклонении продольной оси поплавка от горизонтали. Величиной,. пропорциональной плотности, счита.ют угол наклона поплавка. Настройка поплавка на разные диапазоны измерения плотности производится неавтоматйческим перемещением по продольной оси тарировочного груза, расположенного внутри поплавка.

Применение подобных устройств на подвижных объектах ограничено следующими недостатками.

Использование маятникового момента для уравновешивания сил выталкивания приводит к появлению погрешностей при боковых ускорениях и наклонах Я резервуара с контролируемой жидкостью вокруг оси, параллельной оси вращения поплавка, так как при этих воздействиях поплавок стремится сохранить неизменное положение относительно направления кажущегося ускорения, а отсчет положения поплавка производится относительно резервуара с контролируемой жидкостью, жестко связанного с объектом.

Угол поворота поплавка, используемый в качестве меры плотности,имеет нелинейную, а именно тангенциальную, зависимость от плотности контролируемой жидкости, что ограничива,ет диапазон измерения и ухудшает чув-. ствительность прибора вблизи границ диапазона °

Целью изобретения является повышение устойчивости плотномера к меха, ническим воздействиям. 40

Поставленная цель достигается тем, что устройство уравновешивания . поплавка выполнено в виде размещенной вдоль оси поплавка камеры,запол-. ненной электролитом и снабженной в торцах электродами, соединенными с интегратором тока и подключенным к источнику тока через коммутатор, который соединен с сигнализатором наклона поплавка.

По существу уравновешивающее устройство представляет собой обрати мув электрохимическую ячейку, произ,вс цящую реверсируемый перенос металл4 электродов из одного конца поплав- ка в другой. Реверс переноса металла электродов осуществляется переменой полярности подводимого к электродам электрического напряжения, которая производится по сигналам сигнализатора наклона поплавка. d0

Мерой плотности является алгебраическая сумма количества электричества, пропускаемого через электрохими,ческую ячейку в обоих направлениях, ;которая может быть зарегистрирована у интегратором тока (счетчиком Амперчасов) .

На фиг. 1 предоставлена схема поплавкового плотномера с электрохимическим уравновешивающим устройством на фиг. 2 — блок-схема поплавкового плотномера.

Плотномер (фиг. 1) состоит из продолговатого поплавка 1, подвешенного на оси 2 и полностью погруженного в контролируемую жидкость. Поплавок имеет избыточную отрицательную плавучесть, но избыток отрицательной плавучести компенсируется реакцией опоры оси поплавка так, что свободный конец его на йдится в жидкости во взвешенном состоянии.

Внутренний объем поплавка разбит горизонтальной перегородкой 3 на две герметичные камеры 4 и 5. Камера 4 заполнена воздухом и служит для частичной компенсации избыточной отрицательной плавучести поплавка.

В камере 5 расположено уравновешивающее устройство, состоящее из двух электроцов б и 7, расположенных у торцовых, стенок поплавка, и электролита, заполняющего пространство между электродами.

Жестко с поплавком связан сигнализатор 8 наклона, который может быть размещен внутри или снаружи поплавка.

В качестве сигнализатора наклона может быть использован жидкостный маятник, который широко применя- ется в гидроскопии.

Корпус маятника выполнен из полой стеклянной трубки, имеющей форму тора, в стенке которого впаяны три металлических контакта. Один из них является центральным, по отношению к нему боковые контакты располагаются симметрично, на одинаковых расстояниях от центрального контакта. Внутренняя полость тора частичНо заполнена токопроводящей жидкостью, постоянно контактирующей с центральным электродом, а с боковыми электродами только при наклонах тора вокруг,его оси. Для демпфирования колебаний токопроводящей жидкости остальная часть внутренней полости тора заполнена неэлектропроводящей жидкостью меньшего удельного веса. Жидкостный маятник имеет типичную релейную реверсивную трехпозиционную характеристику с зоной нечувствительности.

Сигнализатор наклона (Фиг.2) соединен с коммутатором 9 тока, работой которого он управляет. Коммутатор тока предназначен для подключения электродов уравновешивающего устройства к источнику 10 постоянного токаа Лолярност ь подключ аемого напряжения источника тока зависит от направления наклона поплавка. Коммутатор тока может быть собран на коммутирующих элементах любого типа, например на

785686 относи | у = КЗ С, 6$ электромагнитных реле. Последовательно в цепь с электродами 6 и 7.включен интегратор 11 тока (счетчик Амперчасов), являющийся показывающим прибором измерительного устройства, который регистрирует суммарное количество электричества, пропущенного через электроды уравновешивающего устройства. Причем пропускание тока в том направлении, которое ведет к уравновешиванию поплавка при увеличении плотности, увеличивает показания интегратора, а уравновешивание на меньшую плотность уменьшает. В качестве интегратора тока может быть использован реверсируемый счетчик Ампер-часов любого типа (электрохимический или электромеханический ), а также реверсируемый интегратор времени, регистрирующий время протекания тока в том и другом направлениях.

Для осуществления электрохимического массопереноса в предлагаемомуравновешивающем устройстве может быть применен один из процессов, широко применяемых в гальванотехнике.

Поскольку гальванический процесс осуществляется в замкнутом объеме поплавковой камеры, необходимо режим электролита выбрать так, чтобы выход по току был равен единице, т.е. чтобы при электролизе не происходило выделения водорода.

Электропитание уравновешивающего устройства датчика и сигнализатора наклона осуществляется с помощью гибких токоподводов„ изоляция которых должна выдерживать длительное воздействие окружающей среды без повреждений.

При,изменении плотности контролируемой жидкости поплавок датчика 1 отклонится в ту или другую сторону от горизонтали. При этом сигнализатор 8 наклона выдаст сигнал на коммутатор 9 тока, который подключит электроды уравновешивающего устройства к источнику 10 тока. Причем подключение произойдет в такой полярности, что тот электрод, который становится выше по отношению к другому электроду при наклоне поплавка, становится анодом. При этом начнется электрохимическое растворение катода, перенос ионов металла через электролит и электроосаждение ионов металла на аноде. За счет электрохимического переноса металла электродов из одного конца поплавка в другой будет смещаться центр тяжести поплавка.

Масса металла, перенесенного при электролизном процессе, определяется законом Фарадея:

26

2$

40 где К вЂ” электрохимический эквивалент металла электродов, 1 - ток, выход по току;

t - длительность электрокимического процесса; причем вес перенесенного металла

Рэ= "э% - (2) где - ускорение земного тяготения.

Перемещение металла будет производится на величину расстояния между электродами L, и при этом возникнет вращающий момент, который эквивалентен изменению момента при перемещении центра тяжести поплавка на величину В: (з)

-Подставив в эТО уравнение выражения (1) и (2) с учетом выражения (3) и решив уравнение относительно

3 t, получим:

3<=@ r . И)

VL . 2К Ь где p — плотность измеряемой жидкости

Ч вЂ” объем поплавка.

Это выражение является градуировочной характеристикой устройства для измерения плотности, в котором в качестве показывающего прибора использован реверсируемый интегратор 11 тока (счетчик Ампер-часов), включенный последовательно в цепь с электродами 6 и 7.

Если решить уравнение 4 тельно t, т.е. Ь

2| %-| 1" э () то получим градуировочную характеристику устройства для измерения плотности, в котором в качестве показывающего прибора использован реверсируемый интегратор времени. В этом случае ток электролиза необходимо стабилизировать.

Предлагаемый плотномер может быть применен для контроля плотности как жидких, так и газообразных продуктов. Линейность градуировочной характеристики создает предПОСЫЛКИ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗ— мерительных устройств, а также облегчает введение поправок к плотности, например, по температуре и давлению.

Нечувствительность к механическим воздействиям устройств, реализующих данный способ, снижает требования к их установке и эксплуатации в стационарных заводских условиях, а также дает возможность применять их на подвижных объектах, например, для контроля плотности электролита в судовых аккумуляторных батареях, что позволяет оптимизировать процесс эксплуатации и значительно повысить срок службы батарей. В насто785686

Формула изобретения, Составитель В.Сиэенев

Редактор Ж.Рожкова Техред M.Ïåòêî Корректор. С.Шекмар

8830/44 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,Москва,Ж-35,Раушская наб.,д.4/5

Заказ филиал ППП"Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4 ящее время приборы подобного назна чения на судах отсутствуют.

Предлагаемое уравновешивающее устройство потенциально обладает очень высокой разрешающей способностью, т.е. воэможностью очень малой дозировки и точного измерения силы при возможности дистанционного проведения уравновешивания и измерения, что также создает предпосылки для повышения точности измеритель.ных устройств. йоплавковый плотномер,содержащий, 15 продолговатый поплавок, подвешенный на оси вращения со смещением относительно центра тяжести и центра выталкивания, устройство уравновешивания поплавка, сигнализатор наклона поплавка, коммутатор и интегр тор то-ка,о т.л и ч а ю шийся тем,что,с целью повышения устойчивост: глотноме-. ра к механическим воздейст нивам устрой- ство уравновешивания поплавка выполнено в виде размещенной вдоль оси поплавка камеры, заполненной электролитом и снабженной в торцах электродами, соединенными с интегратором тока и подключенными к источнику тока через коммутатор, который соединен с сигнализатором наклона поплавка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Глыбин И.П. Автоматические плотномеры. Киев, "Техника", 1965, с. 30.

2. Патент США 9 3455169, кл . G 01 и 9/30, 1969 (прототип).